Il termine “sistemi termodinamici” è usato di frequente quando si parla della termodinamica, ma non sempre è ben chiaro di cosa si stia parlando. Cerchiamo dunque di capire che cosa sono questi sistemi e le varie tipologie che li caratterizzano.

Definizione di “sistema”

Una certa quantità di materia o di spazio che è in fase di studio od analisi termodinamica può essere definito come “sistema”. Poniamo ad esempio che si sta studiando il motore del veicolo, in questo caso il motore viene indicato come il “sistema”. Analogamente, altri esempi simili di sistema possono essere il frigo, l’ aria condizionata, la lavatrice, un condensatore, un boiler, ecc..

Ora, supponiamo che si debbano analizzare le prestazioni di un motore in condizioni diverse. In questo caso, si dovrà alimentare il motore con combustibili di diversi gradi e caricarlo con carichi diversi per scoprire la sua efficienza. Verranno definite dunque anche le sue prestazioni, il suo minimo, l’ accelerazione, la velocità variabile, la bassa velocità e l’ alta velocità.

Il sistema è definito da un limite e la zona oltre questo confine può essere considerato come “dintorni” od “ambiente circostante”. Il confine del sistema può essere fisso oppure può essere mobile. Tra il sistema e l’ ambiente che lo circonda possono verificarsi scambi di massa o di energia od entrambi.

Come funzionano i sistemi termodinamici?

Il funzionamento dei sistemi termodinamici avviene attraverso l’ invio di un refrigerante liquido molto freddo intorno ad un pannello solitamente situato sulla parte esterna di un edificio o di una struttura. La temperatura del liquido, quando entra nel pannello, è di circa -22 ° C. Una volta che il liquido fluisce attraverso le “vene” del pannello assorbe energia termica dall’ aria circostante. Questo procedimento dà origine al termine Termodinamica, che infatti è un termine scientifico utilizzato per definire l’ energia termica ed i suoi movimenti. Il refrigerante liquido poi si trasforma in un gas una volta raggiunta la temperatura di -15 ° C circa. Questa temperatura è anche comunemente nota come suo punto di ebollizione. Il gas esce dal pannello e viene fatto circolare indietro fino ad un compressore all’interno dell’ unità termodinamica. Il lavoro del compressore è quello di comprimere il gas ed inviarlo tramite pressione attraverso un elemento di riscaldamento od una piastra. Quando un gas viene compresso emana energia termica. L’ elemento riscaldante funge da distributore del calore fino al serbatoio d’ acqua. Una volta che il gas perde il suo calore passa attraverso una valvola d’ espansione che ne rilascia la pressione, questa caduta di pressione e il dissiparsi dell’ energia termica portano il gas a condensarsi di nuovo fino ad uno stato liquido, per poi ricominciare il ciclo.

Più alta è la temperatura esterna più energia un sistema termodinamico sarà in grado di assorbire, questo a causa della maggiore differenza di calore tra il refrigerante liquido e l’aria. Pertanto la presenza del sole può aiutare ma non è essenziale. Ciò significa che i pannelli termodinamici possono essere posizionati su una parete laterale di un edificio così come su un tetto, e si possono orientare in qualsiasi direzione. Tuttavia, se possibile, è consigliato comunque di posizionare i pannelli rivolti verso il sole per ottenere migliori prestazioni. I pannelli potranno poi continuare a lavorare anche di notte grazie al caldo assorbito dall’ aria.

L’ acqua all’interno del serbatoio nei sistemi termodinamici è costantemente monitorata e mantenuto calda grazie ad un termostato. Il termostato poi si spegne una volta raggiunta la temperatura desiderata. La maggior parte dei fornitori di sistemi termodinamici generalmente imposta la temperatura dell’ acqua immagazzinata intorno ai 55 ° C. Questa temperatura infatti è ritenuta sufficientemente calda per le funzioni di acqua calda sanitaria, pur rimanendo sicuro per l’ uso. In ogni caso questa impostazione temperatura può essere sempre modificata, se necessario.

Da cosa sono composti i sistemi termodinamici?

Un tipico pannello utilizzato nei sistemi termodinamici è più o meno delle dimensioni di un porta standard, ovvero 2m per 1m. I pannelli sono realizzati interamente in alluminio anodizzato (l’ anodizzazione è un processo elettrochimico che converte la superficie del pannello di metallo in un rivestimento durevole e non corrosivo), e sono situati all’ esterno, come accennato precedentemente.
All’ interno degli edifici invece si trova un’ unità principale. Questa unità è costituita da due sezioni, una delle quali contiene tutta l’ elettronica mentre l’ altra è adibita al contenimento dell’ acqua. I sistemi termodinamici sono disponibili in svariate dimensioni dipendenti dalla quantità d’ acqua che si vuole avere nel serbatoio. All’ interno dell’ unità si dovrebbe trovare un compressore, un circuito elettrico, una piastra di riscaldamento, una valvola di espansione e un riscaldatore ad immersione di riserva. La maggior parte dei serbatoi di stoccaggio dell’ acqua all’ interno dei sistemi termodinamici sono realizzati in acciaio inox.